青霉素生產(chǎn)工藝研究

1、青霉素生產(chǎn)工藝研究 青霉素生產(chǎn)工藝研究 摘 要從醫(yī)藥的種類上看，其屬于抗生素的一種，因此，進(jìn)行青霉素生產(chǎn)工藝的研究和其他抗生素的工藝相類似。本文主要介紹了青霉素的發(fā)酵和生產(chǎn)工藝，詳細(xì)地介紹了其生產(chǎn)制備的流程，同時(shí)介紹了青霉素發(fā)酵生產(chǎn)中的各個(gè)工藝點(diǎn)，希望能夠給青霉素制備的相關(guān)工作人員提供相應(yīng)的借鑒和參考，進(jìn)而提升我國(guó)藥品藥物制備工作的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。 關(guān)鍵詞青霉素；滅菌；生產(chǎn)流程；過程控制 中圖分類號(hào)：TD15.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X10-0371-01 對(duì)于抗生素來說，其開展的過程中比擬復(fù)雜，最開始人們都稱之為抗菌素。主要是由微生物和動(dòng)植物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，也就是某些

2、微生物或高級(jí)動(dòng)植物生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的有效物質(zhì)形式，可以提取其中的抗生素物質(zhì)，然后經(jīng)過人工合成等方式提煉而成。在眾多的抗生素藥物中，青霉素比擬常見，而且應(yīng)用范圍較廣，普及程度也比擬高。而且這種藥物的副作用較小也是一個(gè)重要因素。在實(shí)際的應(yīng)用中，人類主要采用青霉素來作為抗菌藥物，治療疾病。 1、 青霉素的概述 青霉素的開展經(jīng)歷了較長(zhǎng)的開展時(shí)期，這種藥物最早產(chǎn)生于20世紀(jì)初，多年之后，藥物學(xué)家對(duì)這種青霉素藥物進(jìn)行提純和制取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了青霉素的別離，然后將其進(jìn)行制取。這一研究為青霉素以后的應(yīng)用和開展提供了重要的理論支撐和實(shí)踐的依據(jù)。具體來說，青霉素主要是從青霉菌中制取而出，其中含有大量的青霉烷，這種物質(zhì)對(duì)

3、于細(xì)菌的繁殖有極大的抑制作用。因此，這種物質(zhì)得到了人們的高度認(rèn)可，作為一種常見的抗生素。不久，青霉素藥物應(yīng)用到了臨床的診療中，為了將藥物的效果最大化，在實(shí)際的應(yīng)用中發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值，人們不斷對(duì)其進(jìn)行提純和改造，完成化學(xué)的改造。由于青霉素的種類不盡相同，所以，杜宇不同的青霉素需要采用不同的方式來生產(chǎn)和提純。 2、 青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝過程 2.1 青霉素生產(chǎn)流程 從其生產(chǎn)流程中可以看出，首先要準(zhǔn)備好原料，然后進(jìn)行培養(yǎng)基的制備工作，采用蒸汽法來進(jìn)行滅菌、殺菌，然后采用一級(jí)種子罐。將其作為主要的原料，采用同樣的方式獲得二級(jí)種子罐，繼續(xù)制備，指導(dǎo)產(chǎn)生發(fā)酵液為止。這就是青霉素的生產(chǎn)流程。 2.2 發(fā)酵工藝

4、過程 2.2.1生產(chǎn)孢子的制備 菌種孢子需要采用砂土的形式來進(jìn)行制備，同時(shí)需要用甘油以及蛋白胨等成分來進(jìn)行培養(yǎng)，保持菌種的活化性。具體來說要對(duì)保存的溫度進(jìn)行控制，通常情況下常溫即可。培養(yǎng)時(shí)間通常要控制到一周到10天的范圍內(nèi)。經(jīng)過傳斜面，得到斜面孢子。可以隨意將其移至到谷類的培養(yǎng)基中，就可得到谷類的孢子。 2.2.2種子罐和發(fā)酵罐培養(yǎng)工藝 對(duì)于青霉素來說，其發(fā)酵過程中可以采用三級(jí)發(fā)酵的形式，第一級(jí)就是種子發(fā)酵，將一級(jí)種子罐接入到小米孢子中，經(jīng)過萌芽可以得到菌絲，然后要對(duì)其進(jìn)行均勻的攪拌，大約每分鐘150-180轉(zhuǎn)，要將酸堿中和指數(shù)控制在平穩(wěn)的狀態(tài)下，要保證室內(nèi)溫度在25之內(nèi)，對(duì)于溫度來說可以存在

5、著誤差，但是上下不能相差1。三級(jí)發(fā)酵罐就是指生產(chǎn)罐。其中主要的培養(yǎng)成分中包含檸檬酸、白砂糖以及硫酸鎂等等成分。標(biāo)準(zhǔn)的接種量主要為20%左右。需要注意的是，青霉素的發(fā)酵過程對(duì)于氧氣的需求量相對(duì)較高，所需的通氣量逐漸增大，因此，相應(yīng)的培養(yǎng)工作人員需要控制好通氣的比例，同時(shí)還要控制好攪拌的速度，這樣才能保證高功率的攪拌。 2.2.3培養(yǎng)菌滅菌 在實(shí)際的青霉素生產(chǎn)中，培養(yǎng)菌的方式有很多種，主要有連續(xù)滅菌和單批滅菌等形式。所謂的連續(xù)滅菌就是將在準(zhǔn)備好的培養(yǎng)基中打入連消塔成分，然后經(jīng)過高溫或者是高壓的作用進(jìn)行滅菌，要將這種狀態(tài)維持在5分鐘左右，最終將成分放置到冷卻器中進(jìn)行冷卻，最后將其放置到發(fā)酵罐當(dāng)中。這

6、種方式由于在制備的過程中比擬簡(jiǎn)單，所以，得到人們的高度認(rèn)可。 此種方法對(duì)于設(shè)備和人員操作要求較高，故在實(shí)際生產(chǎn)中單批實(shí)罐滅菌是比擬常用的方法，它是將配制好的培養(yǎng)基用泵打人發(fā)酵罐，通入飽和蒸汽加熱，到達(dá)滅菌溫度后，保溫滅菌約3分鐘，滅菌完畢通入無菌空氣維持罐壓，然后由內(nèi)蛇管和外盤管通入冷卻水，冷卻到接種溫度，保壓待移種。 2.3 發(fā)酵生產(chǎn)過程控制 青霉素發(fā)酵是一種復(fù)雜的生物化學(xué)反響過程，具有高度的非線性、時(shí)變性和不確定性，很難通過數(shù)學(xué)解析或?qū)嶒?yàn)法得到一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型。就補(bǔ)料過程而言，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，微生物的生長(zhǎng)和生物代謝都要求連續(xù)不斷地補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使微生物沿著優(yōu)化的生長(zhǎng)軌跡生長(zhǎng)，以獲得高產(chǎn)的

7、微生物代謝物。 2.3.1培養(yǎng)基的組成和補(bǔ)料控制 青霉素發(fā)酵中采用補(bǔ)料分批操作法，對(duì)葡萄糖、銨、苯乙酸進(jìn)行緩慢流加，維持一定的最適濃度。碳源：通常采用葡萄糖和乳糖。有機(jī)氮源：玉米漿是最好的。無機(jī)鹽：硫、磷、鎂、鉀、鈉等。鐵有毒，控制在30ug/ml以下。流加控制：補(bǔ)糖，殘?zhí)窃?.6%左右，pH開始升高時(shí)加糖。補(bǔ)氮：流加硫酸銨、氨水，控制氨氮300800oom。添加前體：合成階段，苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可為青霉素側(cè)鏈的前體，直接摻入青霉素分子中，但濃度大于0.19%時(shí)對(duì)細(xì)胞有毒性。策略是流加低濃度前體，一次參加量低于0.1% 2.3.2溫度 前期控制在2526左右，

8、有的發(fā)酵過程在菌絲生長(zhǎng)階段采用較高的溫度，以縮短生長(zhǎng)時(shí)間，生產(chǎn)階段適當(dāng)降低溫度，以利于青霉素合成。目前工業(yè)上使用的意大利菌種溫度全程控制在25±0.5。 2.3.3pH 控制發(fā)酵液的pH是很重要的。青霉素發(fā)酵也只有在合理的pH下，發(fā)酵生產(chǎn)才會(huì)到達(dá)最高效率，前期pH控制在5.76.3，中后期pH控制在6.36.6，通過補(bǔ)加氨水進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2.3.4溶氧 青霉素發(fā)酵屬于好氧發(fā)酵。從葡萄糖的氧化的需氧量來看，1tool的葡萄糖徹底氧化分解需6ml的氧，所以不能低于30%飽和溶氧濃度。通氣比一般為1：0.8WM。在罐的夾層或蛇管中需通冷卻水以維持一定的罐溫，在整個(gè)發(fā)酵過程中，需不斷通入無菌空

9、氣并不停地?cái)嚢?，以維持一定的罐壓從而保證溶氧滿足生產(chǎn)需求。 2.4 菌絲生長(zhǎng)速度與形態(tài)、濃度 對(duì)于每個(gè)有固定通氣和攪拌條件的發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行的特定好氧過程，都有一個(gè)使氧傳遞速率和氧消耗率，在某一溶氧水平上到達(dá)平衡的臨界菌絲濃度，超過此濃度，OUR>OTR，溶氧水平下降，發(fā)酵產(chǎn)率下降在發(fā)酵穩(wěn)定期，濕菌濃可達(dá)2535%，絲狀菌干重約3%，球狀菌千重在5%左右。 2.5 消沫 青霉索發(fā)酵過程中，由于通氣攪拌、微生物的代謝過程及培養(yǎng)基中某些成分的分解等都有泡沫產(chǎn)生，過多的持久性泡沫對(duì)發(fā)酵是不利的，必須補(bǔ)人消沫劑。通常用的有兩種，一種是天然油脂：玉米油、大豆油；一種是化學(xué)消沫劑：泡敵。泡敵消沫作用明顯

10、，但是多加對(duì)菌絲體不利，故生產(chǎn)上多使用植物油和泡敵混合方式來消泡，需少量屢次滴加。在前期不適多參加，以免影響呼吸代謝。 2.6 取樣 青霉素的發(fā)酵過程控制十分精細(xì)，一般6h取樣一次，測(cè)定發(fā)酵液的pH、菌濃、殘?zhí)?、殘氮、苯乙酸濃度、青霉素效價(jià)等指標(biāo)，同時(shí)取樣做無菌檢查。 3、結(jié)語 截至2021年年底，我國(guó)的青霉素年產(chǎn)量已占世界青霉素年總產(chǎn)量的75%，居世界首位。目前國(guó)內(nèi)青霉素發(fā)酵水平比國(guó)際水平略低，究其原因主要是設(shè)備條件不能完全滿足高產(chǎn)菌種的需要。隨著對(duì)青霉素發(fā)酵過程和代謝途徑研究的不斷深入和技術(shù)水平的不斷提高，一定能夠找到適當(dāng)?shù)姆椒▉斫鉀Q青霉素合成過程中的阻遏因素，從而大幅提高青霉素的產(chǎn)量。 參考文獻(xiàn) 【1】莊毅.菌質(zhì)一中藥的一個(gè)新領(lǐng)域J.中藥新藥與臨床藥理，1992，3：49-51. 【2】楊海龍.利用藥用真菌深層發(fā)酵加工中藥J.中國(guó)中藥雜志，2005，30：